JP2004060595A - 可変吸気装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】軸部材と弁本体との間のクリアランスの形成を低減し、異音の発生が低減される可変吸気装置を提供する。
【解決手段】各吸気通路131〜134を開閉する弁本体30は、シャフト40に支持されている。シャフト40はオーステナイト系のステンレスにより形成されている。そのため、シャフト40の表面に腐食を防止するためのめっき層を必要とせず、シャフト40の寸法精度を高めることができる。また、オーステナイト系のステンレスにより形成されているシャフト40は、鉄で形成されたものと比較して、線膨張率が樹脂により形成されている弁本体30に近くなる。そのため、温度の変化が生じても、シャフト40と弁本体30との間におけるクリアランスの形成が低減される。したがって、吸気通路131〜134を流れる吸気の脈動によって弁本体30が振動しても、弁本体30とシャフト40との衝突が低減され、異音の発生が低減される。
【選択図】  図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関(以下、内燃機関を「エンジン」という。)の可変吸気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エンジンの回転数に応じて吸気通路の長さを可変に設定し、エンジンのトルクを向上する可変吸気装置が提案されている。エンジンの回転数が低いときは吸気通路の長さを延長し、回転数が高いときは吸気通路の長さを短縮することにより、エンジンの回転数にかかわらずトルクを向上することができる。
【0003】
このような可変吸気装置として、例えば独国のDE19504256A1に開示されている技術が公知である。DE19504256A1に開示されている技術では、例えば通路長の異なる吸気通路が二方に分岐して形成され、分岐した吸気通路の一方を弁手段で開閉することにより、吸気通路を切り替えている。弁手段は、吸気通路を開閉する弁本体と、弁本体が固定されている軸部材とを有している。弁本体は、軽量化、ならびに断熱性および設計自由度の向上の観点から、例えばポリアミド系の樹脂または繊維強化されたポリアミド系の樹脂などから形成されている。また、軸部材は、強度およびコストの面から鉄で形成されている。例えば図4に示すように、軸部材100は軸に垂直な断面が多角形に形成されており、弁本体101に形成され軸部材100が貫く孔部102の形状は軸部材100の断面形状に対応している。これにより、軸部材100と弁本体101との間の相対的な回転が防止されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、弁本体101に形成されている孔部102と軸部材100との間にわずかなクリアランスが形成されると、弁本体101と軸部材100との間にゆるみが生じる。弁本体101と軸部材100との間にゆるみが生じると、吸気通路を流れる吸気の脈動により弁本体101と軸部材100との間に相対的な動きが生じる。
【0005】
鉄で形成されている軸部材100と、樹脂で形成されている弁本体101とは、温度の変化にともなう線膨張係数が異なる。そのため、高温雰囲気になりやすいエンジンルームでは、軸部材100と弁本体101との膨張率の差により、軸部材100と弁本体101との間にクリアランスが形成されやすい。また、鉄で形成されている軸部材100は、表面に腐食を防止するためにめっき層が形成されている。軸部材100は弁本体101の孔部102に圧入されるため、めっき層の厚みにばらつきが生じると、軸部材100と弁本体101との間にクリアランスが形成される。一方、めっき層の厚みは数μmであるため、めっき層の厚さを精密な厚さに管理し、均一な厚さにするためには工数およびコストの増大を招く。
【0006】
以上のように、軸部材100と弁本体101との間にクリアランスが形成され、軸部材100と弁本体101との間に相対的な動きが生じると、軸部材100および弁本体101は摩耗し、軸部材100に形成されているめっき層が剥離することがある。軸部材100からめっき層が剥離すると、軸部材100と弁本体101との間に形成されるクリアランスが拡大し、軸部材100と弁本体101との間の相対的な動きも拡大する。その結果、吸気の脈動によって弁本体101が振動した場合、軸部材100と弁本体101との間の衝突速度が増大し、異音の発生を招くという問題がある。
【0007】
そこで、本発明の目的は、軸部材と弁本体との間のクリアランスの形成を低減し、異音の発生が低減される可変吸気装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の可変吸気装置によると、軸部材はステンレス系の金属からなる。そのため、軸部材の表面に腐食を防止するためのめっき層を形成する必要がない。これにより、めっき層の厚さのばらつきによる軸部材と弁本体との間のクリアランスの形成、ならびにめっき層の剥離によるクリアランスの拡大が防止される。したがって、軸部材と弁本体との衝突にともなう異音の発生を低減することができる。また、軸部材をステンレス系の金属で形成することにより、鉄と比較して硬く剛性が高い。そのため、軸部材の摩耗が低減される。また、軸部材はたわみが低減されるため、弁本体を精度よく駆動することができる。
【0009】
本発明の請求項2記載の可変吸気装置によると、軸部材はオーステナイト系のステンレスである。オーステナイト系のステンレスは、鉄と比較して線膨張係数が大きく、弁本体を形成する樹脂の線膨張係数に近い。そのため、軸部材と弁本体との間の膨張率の差が小さくなり、温度の変化にともなう軸部材と弁本体との間のクリアランスの形成が低減される。したがって、軸部材と弁本体との衝突にともなう異音の発生を低減することができる。
【0010】
本発明の請求項3記載の可変吸気装置によると、軸部材はアルミニウム系の金属からなる。そのため、軸部材の表面に腐食を防止するためのめっき層を形成する必要がない。また、アルミニウム系の金属は、鉄と比較して線膨張係数が大きく、弁本体を形成する樹脂の線膨張係数に近い。そのため、軸部材と弁本体との間の膨張率の差が小さくなり、温度変化にともなう軸部材と弁本体との間のクリアランスの形成が低減される。したがって、軸部材と弁本体との衝突にともなう異音の発生を低減することができる。
【0011】
本発明の請求項4記載の可変吸気装置によると、軸部材は銅系の金属からなる。そのため、軸部材の表面に腐食を防止するためのめっき層を形成する必要がない。また、銅系の金属は、鉄と比較して線膨張係数が大きく、弁本体を形成する樹脂の線膨張係数に近い。そのため、軸部材と弁本体との間の膨張率の差が小さくなり、温度変化にともなう軸部材と弁本体との間のクリアランスの形成が低減される。したがって、軸部材と弁本体との衝突にともなう異音の発生を低減することができる。
【0012】
本発明の請求項5記載の可変吸気装置によると、軸部材は二つ以上の弁本体を支持している。例えば分岐した吸気通路にそれぞれ弁本体を設置する場合、各吸気通路を流れる吸気の脈動によって弁本体は振動する。この場合でも、軸部材と弁本体との間に形成されるクリアランスを低減することにより、軸部材と弁本体との衝突にともなう異音の発生を低減することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例による可変吸気装置は、エンジンの吸気系に設置されている。図2に示すように、可変吸気装置1はインテークマニホールド10を備えている。インテークマニホールド10は、エアコネクタ11とエンジン本体20のシリンダとを連通している。
【0014】
図示しない吸入ダクトから吸入された吸気は、図示しないエアクリーナおよびスロットルバルブを経由してエアコネクタ11へ流入し、サージタンク10aを経由してインテークマニホールド10が形成する吸気通路12、13へ分配される。インテークマニホールド10は、図示しないスロットルバルブに連通しているエアコネクタ11の出口側のサージタンク10aからエンジン本体20のシリンダ数に対応して分岐している。インテークマニホールド10は、ポリアミド系の樹脂により一体に形成されている。
【0015】
低回転用の吸気通路12は、エンジン本体20までの全長が高回転用の吸気通路13よりも長く形成されている。分岐した低回転用の吸気通路12と高回転用の吸気通路13とは、吸気の流れ下流側すなわちエンジン本体20側で再び合流している。高回転用の吸気通路13には吸気通路13を開閉し断面積を変更する弁本体30が設置されている。弁本体30が吸気通路13を閉塞すると、吸気は低回転用の吸気通路12を経由してエンジン本体20へ供給される。一方、弁本体30が吸気通路13を開放すると、吸気はより流通抵抗の小さな高回転用の吸気通路13を経由してエンジン本体20へ供給される。すなわち、吸気通路13を流れる吸気の流量を変更することにより、吸気が流れる吸気通路の全長が変更される。
【0016】
図1に示すように、高回転用の吸気通路13はエンジン本体20のシリンダ数に応じて分岐した吸気通路131〜134を有しており、各吸気通路131〜134にはそれぞれ弁本体30が設置されている。弁本体30は、軸部材としてのシャフト40を中心に回動可能である。弁本体30とシャフト40により弁手段が構成されている。シャフト40は、オーステナイト系のステンレスにより形成されている。図3に示すように、シャフト40の軸に垂直な断面の形状は、矩形に形成されている。なお、シャフト40の軸に垂直な断面は、矩形に限らず真円でなければ例えば三角形や五角形などの多角形、または長円形もしくは楕円形などでもよい。
【0017】
弁本体30は、翼部31および筒部32を有している。翼部31および筒部32は、例えばポリアミド系の樹脂により一体に形成されている。筒部32には、シャフト40が貫くシャフト孔33が形成されている。シャフト40はシャフト孔33に圧入され、弁本体30はシャフト40に支持されている。シャフト孔33の断面は、矩形のシャフト40の断面形状と概ね同一の形状に形成されている。これにより、シャフト孔33にシャフト40を圧入した場合、シャフト40と弁本体30との間の相対的な回転は制限される。また、シャフト40を弁本体30に圧入することにより、シャフト40は弁本体30により締め付けられる。そのため、シャフト40と弁本体30との軸方向への相対移動も制限される。
【0018】
図1に示すように、各吸気通路131〜134に設置されている弁本体30は、一本のシャフト40に串刺し状に取り付けられている。したがって、シャフト40が回動することにより、各吸気通路131〜134に設置されている弁本体30は、各吸気通路131〜134を一体に開閉する。
【0019】
シャフト40は、一方の端部がブッシュ41によりインテークマニホールド10に回転可能に支持されている。ブッシュ41は、シャフト40の外周側を覆っている筒部32を介してシャフト40を支持している。また、シャフト40の中間部は、軸受ガイド42を介してインテークマニホールド10に支持されている。軸受ガイド42は、ブッシュ41と同様にシャフト40を直接支持するのではなく、筒部32を介してシャフト40を支持している。
【0020】
シャフト40の反ブッシュ側の端部には、弁本体30を駆動するアクチュエータ50が設置されている。アクチュエータ50は、ポリアミド系の樹脂により形成されているハウジング51と、ハウジング51に収容されているモータ52とを有している。モータ52は図示しないECUに接続されており、ECUがモータ52への通電を断続することにより、弁本体30の駆動が制御される。モータ52の駆動力は、シャフト40の反ブッシュ側の端部に設置されている駆動ギア60を介してシャフト40に伝達される。
【0021】
駆動ギア60は、歯部61および筒部62を有している。歯部61および筒部62は、例えばポリアミド系の樹脂により一体に形成されている。歯部61はモータ52に取り付けられている図示しないピニオンと噛み合い可能である。筒部62は、歯部61からインテークマニホールド10側へ突出して形成され、内周側にシャフト40が挿入される挿入孔63が形成されている。挿入孔63は、シャフト孔33と同様にシャフト40の多角形の断面と概ね同一の形状に形成されている。そのため、挿入孔63にシャフト40を挿入することにより、駆動ギア60とシャフト40との間の相対的な回転は制限される。
【0022】
駆動ギア60とインテークマニホールド10との間には、ベアリング64が設置されている。ベアリング64は駆動ギア60を介してシャフト40を支持している。これにより、シャフト40のアクチュエータ50側の端部は、駆動ギア60を介してベアリング64によりインテークマニホールド10に支持されている。
【0023】
以上説明したように、本発明の一実施例では、シャフト40はオーステナイト系のステンレスにより形成されている。そのため、シャフト40の表面に腐食を防止するためのめっき層を必要としない。これにより、シャフト40の寸法精度を高めることができ、シャフト40と弁本体30との間のクリアランスの形成、ならびにめっき層の剥離によるクリアランスの拡大を防止することができる。
【0024】
また、オーステナイト系のステンレスは、鉄と比較して線膨張係数が大きく、弁本体30を形成するポリアミド系の樹脂の線膨張係数により近くなる。そのため、周囲の温度が変化する場合でも、シャフト40と弁本体30との間に生じるゆるみが低減される。これにより、シャフト40と弁本体30との間に形成されるクリアランスが低減されるとともに、シャフト40と弁本体30との周方向および軸方向への相対移動が防止される。これらにより、吸気通路131〜134を流れる吸気の脈動によって弁本体30が振動する場合でも、シャフト40と弁本体30との衝突によってシャフト40または弁本体30に摩耗が生じたり、クリアランスが拡大することがない。したがって、シャフト40と弁本体30との衝突にともなう異音の発生を低減することができる。
【0025】
また、シャフト40をオーステナイト系のステンレスで形成することにより、シャフト40の剛性が向上する。そのため、シャフト40のたわみが低減され、各吸気通路131〜134に配置された複数の弁本体30を精度よく開閉することができる。また、シャフト40の摩耗を低減することができる。
【0026】
以上、説明した本発明の一実施例では、オーステナイト系のステンレスからシャフトを形成する例について説明した。しかし、シャフトは、オーステナイト系のステンレスに限らず、アルミニウム系または銅系の金属により形成してもよい。アルミニウム系または銅系の金属は、従来シャフトとして使用されている鉄と比較して腐食しにくい。そのため、アルミニウム系または銅系の金属からシャフトを形成する場合、表面にめっき層を形成する必要がない。また、アルミニウム系または銅系の金属は、線膨張係数が大きい。したがって、上記の一実施例で説明したオーステナイト系のステンレスと同様に、弁本体の振動にともなう異音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による可変吸気装置の高回転用の吸気通路を示す模式的な断面図である。
【図2】本発明の一実施例による可変吸気装置を示す模式的な断面図である。
【図3】弁本体およびシャフトを図1のIII−III線で切断した断面図である。
【図4】従来の可変吸気装置の弁本体およびシャフトを図1のIII−III線に対応する位置で切断した断面図である。
【符号の説明】
1  可変吸気装置
12  吸気通路
13  吸気通路
30  弁本体
33  シャフト孔
40  シャフト(軸部材)
131、132、133、134  吸気通路

Claims (5)

  1. 吸気通路を形成するインテークマニホールド、ならびに前記吸気通路を流れる吸気の流量を調整する弁手段を備える可変吸気装置であって、
    前記弁手段は、
    樹脂で形成され、前記吸気通路の断面積を変更する弁本体と、
    ステンレス系の金属で形成され、前記弁本体に圧入され、前記弁本体を前記インテークマニホールドに回動可能に支持する軸部材と、
    を備えることを特徴とする可変吸気装置。
  2. 前記軸部材は、オーステナイト系のステンレスであることを特徴とする請求項1記載の可変吸気装置。
  3. 吸気通路を形成するインテークマニホールド、ならびに前記吸気通路を流れる吸気の流量を調整する弁手段を備える可変吸気装置であって、
    前記弁手段は、
    樹脂で形成され、前記吸気通路を開閉する弁本体と、
    アルミニウム系の金属で形成され、前記弁本体に圧入され、前記弁本体を前記インテークマニホールドに回動可能に支持する軸部材と、
    を備えることを特徴とする可変吸気装置。
  4. 吸気通路を形成するインテークマニホールド、ならびに前記吸気通路を流れる吸気の流量を調整する弁手段を備える可変吸気装置であって、
    前記弁手段は、
    樹脂で形成され、前記吸気通路を開閉する弁本体と、
    銅系の金属で形成され、前記弁本体に圧入され、前記弁本体を前記インテークマニホールドに回動可能に支持する軸部材と、
    を備えることを特徴とする可変吸気装置。
  5. 前記弁手段は、前記弁本体を二つ以上有し、前記弁本体は一本の前記軸部材により支持されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の可変吸気装置。
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